Artikel Schütteln, Stoßen, Schwingen

Ein Silo zu befüllen ist nicht schwer. Den Inhalt wieder herauszubekommen, ist dagegen oft gar nicht so einfach. Viele Betreiber kennen die Probleme wie Brücken- oder Schachtbildung, Kernfluss, Anbackungen oder sogar die Blockbildung des kompletten Siloinhaltes. Die Grenzen zwischen den vielen möglichen Störungen sind fließend bis hin zu Mischformen. Die Folgen in Form von Betriebsstörungen sind jedoch immer gleich ärgerlich. Schuld daran sind falsche Silogeometrien, für die es vielfältige Gründe gibt. Zu hohe Investitionskosten durch die Verwendung steiler Silokonen und großer Auslaufweiten, aufwändige Siloumbauten bei Produktwechsel, zeitlich variable Schüttguteigenschaften oder geringe zur Verfügung stehende Bauhöhen sind nur einige davon.

Um Betriebsstörungen zu vermeiden oder zumindest ihre Folgen abzumildern, ist der Einsatz von geeigneten Austragorganen und/oder Austraghilfen möglich. Typische Austragorgane sind Geräte wie Schwingrinnen, Zellenradschleusen oder Förderbänder. Zu den typischen Austraghilfen gehören Luftstoßgeräte, pneumatische und elektrische Klopfer oder Vibratoren. Einige Geräte fungieren als Austragorgan und als Austraghilfe. Zu dieser Gruppe zählen zum Beispiel Schwingtrichter und Umlaufschnecken.

Bei der funktionsgerechten Planung neuer Siloanlagen sollten die Schüttguteigenschaften experimentell ermittelt werden. Daraus ergeben sich unter anderem die erforderlichen Auslaufweiten und Konuswinkel, damit ein störungsfreier Betrieb möglich ist. Die erforderliche Auslaufweite kann allerdings mehrere Meter betragen. Der Produktstrom muss also zunächst auf eine wirtschaftlich darstellbare Auslaufweite zusammengeführt werden. Diese Aufgabe können Schwingtrichter oder Umlaufschnecken erfüllen.

Ein Schwingtrichter besteht aus einem Siloflansch, einem Konus, einer flexiblen Manschette zum Silo, einem Vibrationsmotor und einem Deflektor. Letzterer verhindert, dass die Vertikallasten des Schüttgutes im Silo auf den Auslaufquerschnitt des Schwingtrichters wirken und sich das Schüttgut in Folge dessen im Auslaufbereich stark verfestigt. Die flexible Manschette zum Silo ist so ausgeführt, dass der Schwingtrichter weitgehend vom Silo entkoppelt ist und ihn der Vibrationsmotor in eine horizontale Schwingung versetzen kann. Das Schüttgut wird so über den Ringspalt zum Auslauf des Schwingtrichters bewegt. Die Schwingungsamplitude liegt im Allgemeinen zwischen einem und zwei Millimetern, wobei diese durch die Drehzahl des Vibrationsmotors beeinflusst werden kann. Eine kleinere Drehzahl bei gleicher Leistungsaufnahm ergibt dabei eine größere Amplitude. Mit Schwingtrichtern lassen sich auch Altanlagen nachrüsten.

Für die Auslegung der Schwingtrichter ist es sinnvoll, die kritische Auslaufweite zu kennen, die nötig ist, um Brückenbildung im Massenflusssilo bzw. Schachtbildung im Kernflusssilo zu vermeiden. Meist steht aber nur die Silogeometrie und die erforderliche Austragleistung zur Verfügung, weil das Schüttgut noch gar nicht produziert wurde oder die Kosten für eine schüttguttechnische Untersuchung einer repräsentativen Probe eingespart werden sollen. Man kann zwar in fast allen Fällen eine Lösung gegen Brücken- oder stabile Schachtbildung finden, aber wenn der Winkel des Silokonus zu flach ist, entstehen zumindest „Tote Zonen“ im Übergangsbereich zwischen Silokonus und Silozylinder. Bei Produkten, die sich mit der Zeit verändern, kann das schwerwiegende Folgen haben. Das Schüttgut verdirbt, oder es verfestigt sich so stark, dass es bergmännisch abgebaut werden muss.

In diesen Fällen ist es hilfreich, den Wandreibungswinkel und punktuell den effektiven Reibungswinkel zu messen. Damit lässt sich zumindest die Geometrie eines Massenflusssilos überschlägig festlegen. Schüttguteigenschaften und äußere Bedingungen, wie Körnung, Feuchtigkeit, Lagerzeit und Temperatur des Schüttgutes, Wetterbedingungen und viele andere Faktoren beeinflussen die kritischen Auslaufweiten, so dass viele experimentelle Untersuchen nötig wären, um alle Einflüsse zu erfassen. Dann greift man bei der Auslegung auf Erfahrungswerte zurück oder versucht durch die Auswahl eines großen Schwingtrichters die Risiken zu minimieren.
Agrichema bietet den Vibostar Schwingtrichter in verschiedenen Baugrößen von 400 bis 4000 mm an. Die Trichter können innen beschichtet sein, oder es wird Hartmetall als Verschleißschutz aufgeschweißt. Als Ausstattungsoptionen gibt es Luftunterstützungen, Notsteckschieberbleche, Auslaufabreinigungen oder Druckausgleichsrohre. Auslaufkompensatoren in vielen Varianten runden die Produktpalette ab.

Umlaufschnecken erfüllen eine ähnliche Aufgabe wie Schwingtrichter. Sie führen den Produktstrom auf ein akzeptables Maß zusammen, werden aber für Anwendungen eingesetzt, die Schwingtrichter aufgrund der Schüttguteigenschaften oder der Abmessungen nicht mehr bewältigen können. Umlaufschnecken sorgen in Flachbodensilos für einen Zwangsaustrag von schwer fließenden Produkten, wie etwa REA-Gips, Klärschlamm oder Tiermehl. Außerdem dienen sie zur Restentleerung von Silos mit frei fließenden Produkten wie Getreide. Andere typische Anwendungsgebiete sind der Austrag von Düngemittelrohstoffen, Bypass-Staub oder Ölschroten.

Das Arbeitsprinzip von Umlaufschnecken besteht im Grunde aus zwei Bewegungsarten. Erstens dreht sich die Schnecke um ihre Achse und zweitens wird die sich drehende Schnecke im Umlauf bewegt, so dass sie den gesamten Siloquerschnitt überstreicht. Hydraulische Systeme wie der Rotostar bieten zusätzlich noch ein hydraulisches, vollautomatisches Freisetzsystem. Dieses bringt nach eventuellen Stillständen ein höheres Moment auf die Schneckenwelle und fährt damit die Anlage wieder ohne Eingriff der Steuerung an. Mechanische Sicherheit wird dadurch erreicht, dass in diesem Betriebszustand kein Vorschub der Schnecke stattfindet.
Ein weiterer Vorteil des hydraulischen Systems ist die Unabhängigkeit von Vorschubkraft (Öldruck) und Vorschubgeschwindigkeit (Ölvolumenstrom). Das heißt, man kann flexibel auf die Anforderungen einer Austragung reagieren. Eine kleine Austragleistung eines stark verfestigten Schüttgutes aus einem großen Silo erfordert zum Beispiel eine große Vorschubkraft, aber nur eine kleine Vorschubgeschwindigkeit bei sehr kleiner Drehzahl der Schnecke. Solche Aufgaben lassen sich optimal mit der Hydraulik lösen. Auch ist ein ständiges An- und Abfahren der Anlage möglich, weil die Austragung über Hydraulikventile und nicht über den Elektromotor des Hydraulikaggregates geschaltet wird. Mit einer einzigen Antriebseinheit kann aus mehreren Silos abwechselnd ausgetragen werden. Umlaufschnecken können ohne Gegenlagerung in Silos bis 25 m Durchmesser betrieben werden. In Silos bis 50 m sind aufwändige Einbauten nötig.

Ein klassischer Einsatzzweck von Luftstoßgeräten ist die Auflösung von Schüttgutbrücken in Silos. Ebenso beseitigen sie Anbackungen und Ansätze, zerstören stabile Schächte im Kernflusssilo, unterstützen die Restentleerung von Siloanlagen, aktivieren Tote Zonen oder sie halten enge Querschnitte in schüttguttechnischen Anlagen, z.B. in einem Zyklonauslauf oder in Rohrleitungen, frei.

Die Funktion eines Luftstoßgerätes beruht auf dem plötzlichen Entspannen eines Gasvolumens (Luft, Inertgas) über ein Ventil mit großem Querschnitt. Die Baugrößen der Geräte reichen von wenigen Litern bis zu 500l Behältervolumen. Die Ventilquerschnitte liegen meist im Bereich zwischen DN40 bis DN150. Beim schlagartigen Öffnen des Ventils im Druckbehälter entsteht ein Druckstoß, der sich annähernd mit Schallgeschwindigkeit fortbewegt. Dieser Druckstoß durchläuft das Schüttgut, kann Schüttgutbrücken zum Einsturz bringen oder Anbackungen absprengen. Die dem Druckstoß nachfolgende Luftströmung bewirkt durch ihre hohe Geschwindigkeit weitere Effekte, die zum Abtragen und Abtransport des Schüttgutes führen.

Vor dem Hintergrund der hohen Energiekosten spielt der Energieverbrauch eine immer größere Rolle. Druckluft ist eine der teuersten Energieformen. Moderne Kompressoranlagen verursachen Kosten von etwa 0,01-0,03 Euro/m³ frei angesaugter Luft. Einsparen kann man durch die kleinere Druckbehälter an Luftstoßgeräten, wobei ein gewisses Volumen erforderlich ist, um die Kolben der Geräte vollständig zu öffnen und die gewünschte Wirkung zu erzielen. Eine weitere Möglichkeit Luft einzusparen ist das schnellere Schließen des Kolbens nach dem Abschuss, damit ein Restdruck im Gerät verbleibt. Ohnehin ist in den meisten Fällen die der Luftströmung vorauseilende Druckwelle für die Abreinigungswirkung ausschlaggebend, so dass der Abbau des Restdruckes im Behälter häufig verschwendete Energie bedeutet. Das für die Einsparung erforderliche schnelle Schließen des Kolbens geht ohne zusätzlichen technischen Aufwand und ohne Wirkungsverlust nur mit Luftstoßgeräten von Agrichema mit Magnetventil direkt am Gerät. Untersuchungen am Prüfstand haben ergeben, dass sich mit bis zu 50% weniger Luftverbrauch bei hoher Schussfrequenz leicht einige hundert Euro Stromkosten pro Jahr sparen lassen.

• Nicht eingehaltene Silogeometrien können beim Austrag von Schüttgütern zu einer Reihe von Problemen führen.
• Luftstoßgeräte und Vibratoren sind typische Austragshilfen. Schwingtrichter und Umlaufschnecken dienen als Austragsorgan und -hilfe.
• Schwingtrichter eignen sich auch zum Nachrüsten bestehender Anlagen. Sie bringen Produktströme auf akzeptable Auslaufweiten.
• Umlaufschnecken werden für Anwendungen eingesetzt, die Schwingtrichter aufgrund der Schüttguteigenschaften oder der Abmessungen des Silos nicht mehr bewältigen können.
• Bei Luftstoßgeräten spielt die benötigte Luftmenge eine große Rolle hinsichtlich der Energiekosten der Geräte.